Furação e alargamento final

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
ESCOLA DE MINAS
DECAT
TÓPICOS ESPECIAIS EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
	
Furação e alargamento em guias de válvulas de cabeçotes de motores de combustão interna
	
Alunos:
Gabriel Alves
Marcio Cota
 Prof. Dr. – Igor Cezar Pereira
Ouro Preto, outubro de 2016.
GUIAS DE VÁLVULAS DE CABEÇOTES DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA
O guia de válvula é um componente que fica no interior do cabeçote dos motores de combustão interna, pouco visto pelos reparadores, mas que realiza uma função extremamente importante, a de guiar a válvula em seu curso de sobe e desce dentro do cabeçote do motor.
O guia é geralmente feito de latão ou aço sinterizado, fica prensado do cabeçote, seu diâmetro interno é ligeiramente maior que o diâmetro externo da válvula, permitindo assim que a mesma deslize dentro do guia em seu curso. A interferência recomendada pelos fabricantes é da ordem de 0,02 a 0,06 mm nos cabeçotes de ferro fundido, ou de 0,06 a 0,10 mm nos cabeçotes de alumínio. Já a folga entre a guia e a haste da válvula dever estar entre 0,07 a 0,10 mm nos motores pesados (caminhões, ônibus e máquinas pesadas) e entre 0,03 a 0,07 mm nos motores leves (caminhonetes, carros de passeio, motocicletas).
 Quando ocorre o desgaste, devido ao longo tempo em que a válvula correu dentro do guia, o guia precisa ser medido em relação a sua folga com a válvula e se necessário deve ser substituído, caso contrário, a válvula pode se empenar ou mal se assentar em sua sede de válvula, vindo a provocar falhas ou quebra no motor.
Figura 1 – Guia de válvula com desgaste.
	A figura (1) demonstra o que ocorreria em caso de desgaste e folga entre o pino da válvula e o guia.
DESENHO TÉCNICO DE UM GUIA DE VÁLVULA
Em anexo há um desenho técnico da peça a ser furada e alargada, contendo as principais vistas e cotas para construção.
SISTEMA DE FIXAÇÃO DE FERRAMENTAS PARA USINAGEM DE GUIAS DE VÁLVULA
As guias de válvula são normalmente furadas de modo a ficarem com sobremetal e posteriormente são alargadas depois de já estarem fixadas no cabeçote do motor. 
	Para o processo de fixação da ferramenta de usinagem, seja a broca ou alargador, é utilizado um mandril de pinças hidráulico. O mandril hidráulico oferece maior precisão e confiabilidade na fixação da ferramenta, além de rápida troca de ferramentas pela simplicidade de operação, concentricidade precisa e transmissão de torque precisa. O amortecimento hidráulico também é importante pois tem efeito na absorção de vibrações. 
	Para fixação da ferramenta optou-se pelo mandril hidráulico da fabricante Gühring, MQL HSK-A para troca automática de ferramentas.
 Figura 1: Mandril Hidráulico Gühring
	 
		 Figura 2 – Mandril hidro-mecânico.
SISTEMA DE FIXAÇÃO DA PEÇA (GUIA DE VÁLVULA)
O guia de válvula é fixado na mesa da máquina através de um porta pinça cônico tipo ER. Essa escolha se baseia no fato de a fixação por pinça ser rápida, precisa e segura, garantindo a transmissão de torque necessário para realizar o corte.
As pinças padrão ER são vantajosas pelos diâmetros já padronizados no mercado, o que facilita a reposição e troca de peças. Como as guias de válvulas possuem diâmetro pequeno, é uma alternativa bem viável.
O porta pinça cônico oferece maior concentricidade ao sistema, minimizando assim erros durante a furação.
				 Figura 3 – Porta pinça cônico.
MÁQUINA FERRAMENTA
	A máquina sugerida para realização da furação e do alargamento é da linha ROMI D. Trata-se de um centro de usinagem CNC, capaz de realizar a tarefa programaticamente, através de inserção de comando numérico. Possui limite de rotação de até 10000 RPM e avanços de até 40 mm/rev. Além disso possui sistema compatível para aplicação de fluido de corte no interior da fermenta em furações. 
	Para os parâmetros de operação durante o alargamento, utilizamos uma referência citada por Booth (1989). Segundo o autor, para realizar alargamento de um furo de 50mm de diâmetro em aço de baixo carbono, utilizando ferramenta de metal duro, é conveniente utilizar velocidades de corte da ordem de 8 à 10 m/min. e avanços de 0,5 à 1,5mm/rev.
	O diâmetro interno da guia de válvula, após alargamento, deve ficar em 5mm e o comprimento de seu furo é de 45 mm.
Os parâmetros de corte calculados são: 
Velocidade de corte (m/min.): Vc = (π*D*n)/1000, sendo D o diâmetro nominal em mm e n a rotação em RPM.
Avanço (mm/rev.) : f = l / n, l é o comprimento usinado por minuto [mm/rev.] 
Tempo de corte (minutos) : Tc = lm/l, com lm denotando o comprimento usinado da peça (em mm).
	Baseado nessas informações, fez - se um cálculo proporcional para o processo de alargamento de nosso guia de válvula com 5mm de diâmetro, chegando aos seguintes valores:
		- Velocidade de corte: 9,42m/min
	- Avanço: 0,15mm por revolução.
	- Velocidade do eixo da máquina: 600 RPM
	- Comprimento usinado por minuto: 90 mm/rev.
	- Comprimento da peça: 45 mm.
	- Tempo de corte: 0,5 minutos ou 30 segundos – apenas para furação.
	Porém, é necessário atentar à limitação imposta pelo fabricante às velocidades de corte e avanços da ferramenta. Para seleção da ferramenta, optou-se por broca em metal duro, devido à profundidade considerável do furo e o ductilidade do material a ser usinado, gerando cavacos em uma situação nada favorável à integridade da ferramenta. Buscou-se também pela capacidade de passagem de fluido de corte pelo interior da ferramenta, favorecendo o arrefecimento e lubrificação no processo, além da expulsão do cavaco.
	Assim, o primeiro passo foi realizar a proporção L/D da ferramenta, resultando em uma “classe” 10 x D (diâmetro igual a 4,5 mm e comprimento de 45 mm). Porém no catálogo escolhido, o comprimento disponível ao diâmetro desejado era muito superior ao do furo, o que poderia resultar em quebra da ferramenta quando submetida à vibrações. A ferramenta que melhor se enquadrou nos requisitos foi a Broca Ratio (6509), classe 7xD da Gühring, com canal de refrigeração interno, feita em metal duro. Entre as características desejadas estão os cavacos curtos produzidos, furos extremamente alinhados, utilização em mandris hidráulicos a folga justa dos furos e a recomendação de utilização em aços de construção.
	Abaixo seguem as especificações da ferramenta: 
Figura 4: Especificações da ferramenta.
	Diâmetro nominal: 4,400 mm
Tolerância m7 (diâmetro de 3 a 6 mm):de 0 a -12 [µm]
	Então, seleciona-se a “série de avanço” fornecida pelo fabricante e a velocidade de corte correspondente, calculando assim os parâmetros reais de corte e o tempo de produção da furação. 
Figura 5: Limite de avanço segundo fabricante.
�
 Figura 6: Velocidade de corte compatível escolhida.
	Logo, então calculamos os parâmetros de corte reais:
		- Vc = 120 m/mm
	- n = 8490 RPM
	- f = 0,16 mm/rev. 
	- l = 1358 mm/min.
	- lm = 45 mm.
	- Tc = 0,034 minutos ou aproximadamente 2 segundos para fazer somente a furação.
Alargamento.
	Para padronização, adotaremos a mesma série de avanço para o alargador. Esse também deve ser de metal duro, possuir capacidade de escoamento de fluido de corte por seu interior para auxiliar na ejeção do cavaco.
	Seguindo a mesma linha de raciocínio para seleção da broca, o alargador selecionado foi o alargador de alto rendimento (1685) da Gühring, com diâmetro nominal de 5,0 mm.
	Abaixo as especificações: 
Figura 7: Especificações do alargador 1427/1449.
Figura 8: Material do alargador e tolerância de furo.
A série de avanço e a velocidade de corte são dadas segundo mesmo procedimento paras seleção da broca.
 Figura 2: Parâmetros de corte para o alargador.
Então, para o alargamento: 
Diâmetro do alargador = 5, 0 mm
Tolerância do furo = +5 a +10 [µm]:
	Vc = 45 m/min;
f = 0,16 mm/ver;
n = 2865RPM;
l = 458 mm/rev.
lm = 45 mm;
Tc = 0,099 minutos ou 6 segundos apenas para alargar a peça.
Estimando então o tempo inativo para troca de ferramentas automática no centro de usinagem, aceleração e desaceleração do eixo – árvore, e retirada das peças das pinças, podemos estimar no máximo 16 segundos por peça.
Considerando a produtividade de 10.000 peças por mês, rotina de 44 horas semanais, ou seja, 176 horas mensais, o que equivale à 633.600 segundos (176 h x 3600 s/h) disponíveis. 
Então , por proporção simples, se gastamos 16 segundo para produzir uma peça, com 633.600 segundos, produzimos 39.600 peças.
NÚMERO DE FERRAMENTAS
	Como usaremos metal duro para trabalhar um aço carbono simples, bem dúctil, podemos utilizar duas brocas e dois alargadores. Deixando um de cada item em stand- by. Assim quando for necessária a reafiação do gume de corte, a produção não fica prejudicada. 
	Com o ritmo de produção, poderemos verificar futuramente por meio empírico a duração da afiação das ferramentas nas condições de corte aplicadas.
MATERIAL DA PEÇA
	Os guias de válvula são normalmente fabricados em aços sinterizados ou ligas de cobre. Para nosso estudo, utilizamos informações extraídas de uma avaliação sobre a usinagem de guias em aço sinterizado.
	As informações são referentes à guias utilizados no motor Fire 1.4 da FIAT. Algumas propriedades do material da guia seguem na tabela abaixo:
REFERÊNCIAS
	LIMA JÚNIOR, S. G. Avaliação do desempenho de ferramentas de matal duro no alargamento de quias de válvulas automotivas/ Sebastião Gonçalves Lima Junior – 2009.100g. :il.
	GÜHRING, Ferramentas de corte de precisão, Catálogo do Fabricante, 2012,1730p. Disponível em: < www.guhring.com.br/dados/catalog/Guehring_2012-Kat-pt-PT-av_LoRes.pdf>, acesso em: 23 out. 2016.
	ROMI, Características técnicas: Centros de usinagem vertical – Linha ROMI D, Catálogo do Fabricante,12p. Disponível em; < http://www.romi.com/produtos/linha-romi-d/>, acesso em : 23 out.2016